Академик РАН Юрий Наточин о происхождении жизни, роли почки как органа и физиологии

Академик РАН Юрий Викторович Наточин. Фото: Андрей Афанасьев, Коммерсантъ.

– Юрий Викторович, хорошо помню картинки из школьных учебников, иллюстрирующие тот факт, что жизнь вышла из океанической соленой воды. Вы же считаете, что все было иначе. Как?

– Представьте – клетка, в центре ядро. Внутри жидкости клетки, как известно, высокая концентрация калия, а в растворе снаружи преобладают ионы натрия. Морская вода богата натрием. Но внутри клетки – калий, значит, в мембране у этих клеток должен быть белковый насос, который брал бы калий из внешней среды и загонял вовнутрь клетки.

Может ли возникнуть первая калиевая клетка в натриевой среде? Я понял, что это невозможно, потому что нет этого насоса, нет белка, выполняющего эту роль. Значит, еще в те времена, когда могла появиться первая клетка, то есть примерно 4 млрд лет назад, нужно было придумать систему, которая бы этот процесс осуществляла, позволяя клетке жить.

И мне пришло в голову, что, скорее всего, озера, в которых могли появиться первые клетки, были на гранитных породах. Эти озера должны были быть по составу такими же, как содержимое клетки, то есть богатые калием, что необходимо для жизни. Не должно быть отличий ионного состава внутри и вне клетки. А внутри клетки – калий, значит, должны были появиться озера, богатые калием.

–　Как они появились?

– Это осуществить было не так уж сложно: в каких-то породах есть соли калия, они переходят в воду, а вода появилась, когда пошли первые дожди. Видимо, те ионы, которые сейчас внутри клетки, нужны были для того, чтобы обеспечить жизнь клетки. Эти компоненты дали возможность клетке жить и размножаться.

– Что это за компоненты?

– Для этого нужны аминокислоты, без них не построить белок. Так как на поверхности Земли гремели грозы, образовывались электрические разряды, то в этих условиях появились первые аминокислоты, которые обеспечивали образование первых цепочек полипептидов, а потом и первых белков.

Вот такая идея мне пришла в голову. Но надо было экспериментально обосновать, возможны ли в принципе калиевые озера. Если невозможны, все рухнет.

– Возможны?

– В совместной работе с академиком Эриком Михайловичем Галимовым　мы эту идею проверяли. Я к нему пришел, рассказал, ему понравилось, и он стал с геологами, с геохимиками искать подходящие модели. Первая моя работа, где я предложил эту гипотезу, была напечатана в 2005 году. А несколько лет спустя в журнале «Геохимия» появилась наша работа, где были обоснованы данные о возможности калиевых озер, существовавших 4 млрд лет назад, и, соответственно, появлении первой клетки. Именно тогда родилась первая клетка, в которой был возможен синтез белка.

–　Из чего же появилась первая клетка?

– Из тех аминокислот, которые плавали вокруг. Они проникали через эту оболочку, но сначала нужно было ее сделать.

– Получается, если мы возьмем аминокислоты, создадим подходящую калиевую среду, то можем получить живую клетку?

– Для того чтобы ответить на этот вопрос, я хотел получить прямое доказательство такой возможности. Я изложил эту идею Михаилу Владимировичу Дубине, в тот момент он работал в академическом университете. Мы с ними обсуждали эту идею и опыты для ее проверки и решили: а что, если взять разные аминокислоты, калиевую среду и натриевую и посмотреть, что будет?

– В одной пробирке – калиевую, в другой – натриевую?

– Да. Температуру менять, какие-то еще параметры… Будут ли аминокислоты соединяться в полипептиды? (А из полипептидов строятся белки.) И получилось, что в калиевой среде получаются более длинные цепочки полипептидов, чем в натриевой. Потом мы эту работу довели до ума и статью о происхождении жизни отправили в журнал Origin of Life, где ее моментально напечатали. Эту статью часто цитируют.

– Юрий Викторович, сейчас ваша гипотеза считается доказанным фактом? Вы сами уверены в этом?

– Я абсолютно уверен. Хотя, может, были еще варианты?

Академик РАН Юрий Викторович Наточин. Фото: Андрей Афанасьев, Коммерсантъ.

– А есть ли животные, у которых не натриевая кровь, как у нас с вами, а калиевая?

– Это интересный вопрос. Да, такие организмы есть – например, некоторые насекомые. Но у них все равно калия в клетках больше, чем в гемолимфе.

– Как дальше развивались эти калиевые клетки?

– Они были «умные» и решили пойти туда, где больше еды. А больше еды не в калиевых озерах, а в прибрежных солоноватых водах. Как туда уйти? Вот тут и нужен натриевый насос, чтобы калий остался в клетке, а натрий – в среде. Я думаю, именно так произошла эта миграция клеток, отсюда появились первые солоноватоводные животные. А потом уже появились организмы, которые живут на суше. Такова была вероятная последовательность событий.

Но мне было интересно: а у всех так? Ведь как написано в книжках? Жили в море, вышли на сушу, и все. Но возникает вопрос: как быть, когда меняется соленость?

– Даже сейчас она часто меняется.

– Именно! Есть такой русский осетр. Знаете? Вы ели черную икру?

– Когда-то очень давно.

– А вы знаете, что я спас стадо русского осетра? Мне очень нравились экспедиции. Я был на Охотском море, на Балхаше, на Каспии, изучал способы адаптации рыб. Мне было непонятно: осетров много видов, почему есть русский? Чем он отличается? И я нашел это отличие! Способом осморегуляции.

С помощью осмолярности выражается осмотическая концентрация вещества в растворе, то есть суммарная концентрация всех растворенных в нем частиц. Осмолярность определяется количеством осмолей. Осмоль равен одному молю вещества в 1 л воды.

Моль – количество вещества, в котором содержится 6,022·10²³　(число Авогадро) частиц этого вещества: атомов, молекул, ионов и т. д.

Он живет в Каспии. Но не живет в Мировом океане. Я этим занялся, сотрудники сделали несколько диссертаций. Я работал в Борке, с сотрудниками Института биологии внутренних вод, с ихтиологами, занимался осморегуляцией, то есть приспособлением к среде у разных видов животных, в том числе и у рыб.

Каспийское море имеет соленость ниже, чем Черное море. И я стал смотреть, где живет осетр. Он живет в Волге, в Северном Каспии, мигрирует в среднюю часть Каспийского моря. Очень много осетра в Среднем Каспии, а дальше уже иранский осетр. Почему?

И я описал новый тип осморегуляции у осетров, назвал его изоосмотическая регуляция. Иначе говоря, он может жить в среде, которая будет ниже осмолярности, чем его кровь, или такой же.

– Таких организмов больше нет?

– Таких рыб я больше не знаю. Я был на Камчатке, видел, как рождается механизм осморегуляции у лососевых рыб, смотрел, как на Балхаше живут рыбы, а там соленость тоже меняется. Но у них по-другому устроена осморегуляция. А русский осетр один. Уникальный.

– Как же вы его спасли?

– В 1970–1972 годах Каспий мелел, падал его уровень. И наши «умники» решили прорыть канал, чтобы спасти Каспий: из Черного моря по Северному Кавказу – и перегонять туда воду. А в Черном море соленость выше. И я сообразил, что если они пророют этот канал, то в Каспий побежит соленая черноморская вода. И осетры погибнут.

– Неужели вы остановили этот процесс?

– Вообще, я писем не пишу. Но в этот раз подписал письмо в ЦК КПСС. И это постановление приостановили, переброски не случилось. Стадо осетров осталось жить.

– На недавнем общем собрании РАН вам была вручена высокая награда – Большая золотая медаль им. М. В. Ломоносова. За это?

– Нет, не только. Мой доклад перед вручением медали назывался «Ум и почка». Почка – моя любовь в науке. А доклад – про то, какая она умная. Или мы умные, поскольку обладаем почками. Это безумно интересно! Хочу опровергнуть информацию, содержащуюся в учебниках биологии. Я купил книжку для единого государственного экзамена, изучил. С нее начал свой доклад. Там написано, для чего нужна почка, и все так скажут. Вот вы скажите: для чего?

– Орган выделения?

– Вот именно. А я скажу – черта с два! Почка не для этого. Или далеко не только для этого. У почки больше десятка функций, не имеющих никакого отношения к выделению. Если представлять себе почку как орган выделения, ей надо заранее знать, что надо выбрасывать, а что – нет. Но объем крови, который проходит через почку, составляет 25 % от минутного выброса сердца, более тонны в сутки. В почке – самый высокий уровень кровотока по сравнению со всеми прочими органами в расчете на 100 г массы. Для чего, как думаете? Не только, чтобы очищать. Знаете ли вы, например, что почка спасла ленинградцев в годы блокады?

– Каким образом?

– Мы с вами говорили, что для мембраны нужен белок. Так вот, почка является основным органом переваривания измененных белков, и эта моя работа опубликована. Именно в почке происходит гидролиз белков до аминокислот. Все испорченные, измененные белки фильтруются в клубочках почки, поступают в каналец, расщепляются до аминокислот и возвращаются в кровь. Во время блокады Ленинграда белки мышц распадались ферментативно, превращались в полипептиды, небольшие белки, фильтровались, почки превращали их в аминокислоты и возвращали в кровь. А дальше организм решал, куда эти белки пустить – в мозг или в сердце? Все шло в мозг, и люди оставались живы. Конечно, не все. Но она обеспечивала сохранение тела и выживание ленинградцев в целом.

– Но ведь искусственная почка только выводит шлаки?

– Такая почка была создана еще в конце 1950-х. Это был гемодиализ. Я тогда только закончил аспирантуру, приехала английская делегация. Состоялся доклад о функции почки. У англичан был пациент на гемодиализе, они показали данные его лечения.

Прошло 30 лет. В начале 1990-х я решил провести в Ленинграде симпозиум, посвященный юбилею самого великого, с моей точки зрения, физиолога почки Хомера Смита, профессора Нью-Йоркского университета. В Германии я встретился с профессором  Клаусом Бейенбахом, который пригласил меня организовать этот симпозиум в Америке. Он вспомнил пациента, которого лечили на искусственной почке. Во время заседания он ко мне подошел: «Помните, я вам говорил, у меня был больной на диализе? Почему не спрашиваете, жив ли он?» Я отвечаю: «28 лет прошло, он бы и так умер» – «Нет, он погиб в автомобильной катастрофе два года назад». Представляете?

– А сколько живут на обычной искусственной почке?

– Около двух лет, редко дольше. Поэтому важно понять: в почке много других функций, почка «умная», и поэтому нам надо пользоваться ими с умом.

– Как правильно пользоваться своими почками?

– Природа все уже сделала за нас – надо только не мешать. Могу сказать, что не нужно делать: самолечением заниматься. Таблетки глушить по собственному усмотрению, воду пить литрами.

– Не надо пить воду?

– Надо! Но ровно столько, сколько организм просит.

– Но многие врачи, в том числе именитые эндокринологи, советуют пить два-три литра в день. Даже через силу. Это неправильно?

– Абсолютно нет. Природа создала почку, которая может спокойно выводить 25 л жидкости. Другое дело, что вы не отойдете от водопровода. Не надо насиловать свой организм.

– А как быть с соленым?

– Сколько хотите, столько и ешьте, но переедать, конечно, не надо. Иначе получится гипертензия. Это и есть медицина будущего: познать, когда надо слушать свой организм, а где надо затормозить. Разве сейчас этим кто-то занимается? Или другой пример: берут у нас анализы крови в лаборатории, смотрят, сколько калия, сколько натрия. Этого мало, надо смотреть их соотношение, тогда можно понять, что происходит в организме в целом.

Академик Юрий Наточин: «Собрать все воедино, чтобы потом на генетическом или молекулярном уровне все это исследовать и понять, как живет организм, призвана физиология – моя любимая наука, недооцененная сегодня. Нельзя о ней забывать, нельзя урезать финансирование, иначе мы не увидим красоты мира во всем его разнообразии». Фото: Андрей Афанасьев, Коммерсантъ.

– Второй доклад в академии у меня был про стресс. Что такое стресс? Тоже все вам скажут: бывает полезный стресс, а бывает длительный, хронический, очень вредный.

– Тоже миф?

– Сегодня мы можем говорить о физиологии экстремальных воздействий, а будет ли у вас экстремальное состояние, стресс от этого, я не знаю. Никто не знает, и это проблема. Ведь вы можете почувствовать жару, а стресса никакого нет. Или есть? А что такое стресс?

Термин «стресс» предложил Ганс Селье. Я взял книгу Селье, прочитал у него: задача была найти одинаковые проявления при разных болезнях, иными словами, понять, нет ли однотипных патологических состояний при разного рода заболеваниях? Он показал экспериментально, на мышах, что у тех животных, у которых возникали эти экстремальные состояния, обнаруживаются три проявления – увеличение массы коры надпочечника, появление язв в желудочно-кишечном тракте и изменение в вилочковой железе (тимусе).

В нашей литературе пишут про стресс, что он «хороший», «плохой»… Селье же говорит про стресс как однотипное проявление патологического состояния. Что тут хорошо, что плохо – бог знает. А то, что вошло в обиход, касается применения термина «стресс» к норме, к быту. И тогда возникает следующий вопрос: либо мы должны использовать термин так, как он был задуман, либо давать другую трактовку. Тогда надо и термин применять другой. Вот, допустим, есть такой термин – «гомеостаз». Стабильность, устойчивость. Как думаете, можно сказать «гомеостаз клетки»?

– Думаю, да.

– А вот и нет! Термин «гомеостаз» появился в 1930-е годы, а сама идея возникла у Клода Бернара еще в 1878-м. Она состояла вот в чем: чтобы собрать целостный организм, нужно каждой клетке обеспечить идеальную среду, в которой она могла бы жить. Так вот, в организме есть внутренняя среда. Клод Бернар показал, что организм поддерживает постоянство среды, в которой живет каждая клетка. Почка этим и занимается – это ее главная забота. Она делает так, чтобы каждая клетка могла жить своей жизнью, как ей нравится. Гомеостаз – постоянство внутренней среды. Но не клетки. И этот гомеостаз внутренней среды организма обеспечивает именно почка.

Когда я думаю о почке, вспоминаю древнегреческого поэта Гомера. Помните, как товарищи Одиссея выбирались из пещеры циклопа Полифема? Они цеплялись за брюхо барана. А ослепленный Полифем ощупывал каждого барана, чтобы понять, нет ли там человека.

Так вот, почка ведет себя подобно циклопу. Она ощупывает каждую молекулу, но не для того, чтобы выбросить ненужное, а для того, чтобы сохранить нужное! Вот почему я считаю, что почка – самый наш «умный» орган, который творит идеальную внутреннюю среду по составу веществ, в которой живут клетки.

– Умнее мозга?

– Я думаю, разделять органы на «умные» и «глупые» неправильно. Важна целостность организма. Так называлась одна из моих статей – «Целостность». Тоже высокоцитируемая. Сейчас все славят две науки – генетику и молекулярную биологию. Действительно, это великие науки.

Но собрать все воедино, чтобы потом на генетическом или молекулярном уровне все это исследовать и понять, как живет организм, призвана физиология – моя любимая наука, недооцененная сегодня. Нельзя о ней забывать, нельзя урезать финансирование, иначе мы не увидим красоты мира во всем его разнообразии.